承压含水层地下水稳定流的有限层分析

绪论一、名词解释1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。

它研究地下水与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质在时空上的变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利避害，为人类服务。

2、地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。

二、填空题1、水文地质学是研究地下水的科学。

它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。

2、地下水的功能主要包括：资源、地质营力、致灾因子、生态环境因子、和信息载体。

三、问答题1、水文地质学的研究对象答：（1）地下水赋存条件；（2）地下水资源形成条件及运动特征；（3）地下水的水质；（4）地下水动态规律；（5）地下水与环境的相互关系；（6）地下水资源的开发利用。

第二章地球上的水及其循环一、名词解释：1、水文循环：发生于大气水、地表水和地壳浅表地下水之间的水文交换。

水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。

2、地质循环：发生于大气圈到地幔之间的水分交换3、径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

4、海陆之间的水分交换称为大循环，海陆内部的循环称为小循环。

二、填空1、自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及圈层的范围，分为水文循环和地质循环。

2、太阳辐射和重力水循环是水文循环的一对驱动力，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。

3、主要气象要素有气温、气压、湿度、蒸发、降水。

三、问答题1、简述水文循环的驱动力及其基本循环过程？水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。

地表水、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸气进入大气圈。

水汽随风飘移，在适宜条件下形成降水。

落到陆地的降水，部分汇聚于江河湖沼形成地表水，部分渗入地下，部分滞留于包气带中，其余部分渗入饱水带岩石空隙之中，成为地下水。

地表水与地下水有的重新蒸发返回大气圈，有的通过地表径流和地下径流返回海洋。

2、水循环对于保障生态环境以及人类发展的作用：一方面：通过不断转换水质得以净化。

中华人民共和国国家标准供水水文地质勘察规范条文说明目次总则术语与符号术符号水文地质测绘一般规定水文地质测绘内容和要求各类地区水文地质测绘的专门要求水文地质物探水文地质钻探与成孔水文地质勘探孔的布置水文地质勘探孔的结构抽水孔过滤器勘探孔施工抽水试验一般规定稳定流抽水试验非稳定流抽水试验地下水动态观测水文地质参数计算一般规定渗透系数给水度和释水系数影响半径降水入渗系数一般规定补给量的确定储存量的计算允许开采量的计算和确定地下水水质评价地下水资源保护供水水文地质勘察报告编写提纲附录地层符号附录供水水文地质勘察常用图例及符号总则多年来由于过量开采地下水各地相继出现了诸如水量为了把有限的水资源合理开发而保增由于地下水具有许多地表水不可比事实上不少单位已承担过这方面的任务并按本规范的要求向委托鉴于上述情况故本规范的适应范围也相考虑到勘察纲要用语在许多部门和系统已习用多年同时又为避免与设计部门的有关设计书相混淆察纲要由于勘察纲要内容涉及许多方面纲要内容提纲实际工作中可一是必二是现场踏勘必须认真数值法要求勘探孔应在勘察区有控制性的布置强调资源评价方法与勘察工作的内容和原规范第度应综合考虑的诸多因素作了规定其中水文地质条件的复杂程但是在实际工作中如何具体判定水文地质条件复为了正确指导供水济效果的统一本次修订时采纳了各单位的意见详见表并辅这与传统的水文地质理论值得说明的是由于实际工作中研究对象的多样性和中所列的各种特征往往难以准确判断因此在可把复杂程度提高一个时可按表中注因此本次修订时增补了该条文中按需水量大小将拟建水源世纪所以施行各单位普遍反映上述划分不适合供水勘察的实际情况与鉴于下述基本事实年止全国区域水文地质调查工作已全部完成区域水文地质条件作到的近十年来各地所完成的本次修订删除但与供水设计阶程于倘在此类地区为城一是删除了二是对供水勘察年颁发了市政设计前期工作主要包括项目可行设计阶段包括初步行无疑供水设计的全过程也应基所以为满足供水设计全过程各期工作对供水勘察基础条文中强调各阶段提出的地下水允许开采量应相应满足本规范第条对此已有明确以推断的控制的探明的验证的提出的估算的提出的据了解美国等国外有关的分类标准但对于简化与合并可谓层出不如此实例这不仅束缚和阻碍着水文地质勘察科学术语与符号术语对同一概念的冠名与解释往往不尽相同不仅如此例如称为抽水试验孔抽水试验钻孔四个不同名称而且孔和诸如此类所以术语必须指出符号水文地质测绘一般规定城镇和工矿企业的供水水文地质勘察工作一般所以第条可理解为应根据不同的勘察阶段搜集相应精度的水文地质测绘鉴于这种情况也是为了对被利用的地质和水文地质测绘资料进行研究和观测点数量和观测路线长度是表征水文地质测绘工作精自世纪在不影响工作精度的前提下减少了野外工作量因此若仍按原规范中的定额指标要求布置工作量近十年来纳对原规范表但从修不多常进行大比例尺的水文地质测并且在本部门的水文地质勘的水文地质测绘的观测点数和考虑到这方面的实际需要在本规范表中增加了比例尺关于遥感影像比例尺的选用所选用的后使用但放大倍数不宜大于表表航空地质测量使用的航片比例尺规定可选用不同时间的陆地卫星像片旨在放宽像片的陆地卫星像片的影像最佳放大倍数为美国地质调查所和我国的经验证明影像放大倍在地质应用中也有把影像放大成热红外图像规定的比例尺是根据表中有关资料的统计热红外图像比例尺一般不小于遥感影像填图的检验需要强调的是尤其是那些在遥感遥感影像填图的野外工作量利用遥条文中有关观测点数和路线长度的数量要求是根据我国个应用航片填图的有关技术数据水文地质测绘内容和要求这样与一般规定的内容不致混淆与后节的专门要求各类地区水文地质测绘的专门要求水文地质物探也有不必须指出采用多种物探方法进行探测时应考虑被探测体本身具备的各种可被利用的物理条件和其他条件这是应用物探方法获得成功的基本条件在解决某些特定问题上考虑到各种物探方法的适用条件不尽一致在此只能对被探测体的共性要求精度在抽水水文地质钻探与成孔水文地质勘探孔的布置如何合理地布置勘探孔二是本条为强调勘探孔的布置应满足与地下水资源评价方法的需求当察并满足计算区水文地质参数分区的要求以避免以往采用传统的解析方法评价资源时勘探孔的布置侧重在拟建布井的范围内从大量工程实例来取渗透水时通过多年来大量的基岩地区勘探找水工作然而应如何合理在这些储水构造布置勘探方案经验的总结因此基本规范对松散层地区勘从收水文地质勘探孔的结构勘探孔深度是根据任务的要求和勘察区的水文地质条件为此本条文只作了原则的这样规定是基于正确取得水文地质数据和参数及评价地下水资源但是本条文不能理解为在勘探工程中所有的勘探孔都要条文中的应理解为是针对任务的需水量本条文对止水的规定与要求同样提高抽水孔过滤器基于上述情况本次过滤器非填粒过滤器于言而且由于抽水孔当直径增加到一定限度时出水量增加的幅度逐渐减如图号孔组为地层渗透系数最小号孔组为地层渗透系数最过滤器抽水孔的出水量去推算大口从施工条件来看为在松散层地区设置钻凿但考虑到基岩勘探为至少能所以本条文仍规定宜大于图过滤器直径与出水量关系曲线图在相同条件下但当过滤器长度达到某一数值后由此从实用的角度可以引出一个过滤器有效长度即指抽水孔的出水量增加强度有效长度图出水量与过滤器长度关系示意图表扩散段本理解为可采用原规范第条对抽水孔过滤器骨架管的孔隙率所作次修订时将其由不小于对非填砾的包网过滤器的网眼尺寸及缠丝过滤器的缠丝从规定的必须指出如原苏联规范规定井水含砂量标准为两者相差悬不仅直接反映成孔质量的好我国多年的勘察实践条第一款规定的为此本次修订时对原规范第使用寿实根据含水层的颗分资料确定的标准粒径对砂土类含水层通过国内确定适合我国的为由此值大于直至否则确定经确定碎石土类含水层的滤料粒径为现两种情况当时计算确定的滤料粒径均小于规范不少当时计算确定的滤料粒径均大于规范的碎石类含水层时可充填粒径一般来说为较好地保证滤料的过水性能故规定滤料的不均匀系数值应为了保证缠丝或骨架管的穿孔孔径能阻挡规证明是合适的勘探孔施工在松散层地区工作可采用水压钻进当采用泥浆护关于洗孔的质量标准规定学洗孔的方法或者说既有机械功能又有化学功能的洗孔法如焦磷酸钠和压风机联合洗孔法液压二氧化碳洗孔法二氧化碳关于洗孔出水含砂量其数值计算有质量比和体积比两种形式且前者约为后者的国内不少勘察部规定孔斜的要求不仅能保证抽水试验正常进行而且也本条文规定孔斜不宜大于是考虑到目前我国常用的井斜仪的精度该数据包括因此本规范首先提出工具在取样数量方面尤其是砂土类和碎抽水试验一般规定应用人工放射性同位素稀释法是确定地下水运动状态要近年来我国已有不少单位对放射性同位素技术在水文地质勘察方进而可确定含水层的渗透文地质参数观测线常垂直地下水流向布置以减少水力坡度对计算参数的影响若测量含水层不同方向的非均匀性和实测抽水的影响范围可根据具体目的布置观测线若需要查明边界条件时为计算参数用的观测孔距抽水孔的距离应取决于从观测孔中测得的水位下降值是否符合是假设地下水为层流和二维流的情况下推导出来的而没有因此从观测孔紊流三维流的影响与抽水孔的出水量及过滤器直径的大小有关如抽水孔出水量很小过滤器直径比较大时关于远观测孔的距离一般要求从孔中测得的水位尽量不受含水层边界的影响且易于达到稳定以便于资料的分析和采用多为此距离不宜太远上述规定主要是为了利用观测孔中的水位下降值求水文地观测孔的数量与所采用的计算公式为了能使用同一资料采用多种方法进行计算相互比较因此规定同一观测线上的观测孔数宜为对观测孔过滤器的设置要试验所为所以本次修订时此处用词为宜表示允许选通过常规勘察手段能够查明补给利用地下水自然动态资料能满足数值法计算要求就考虑到利用稳定流抽水试验的恢复水位资料计算水文地质参数的需要的测量一词前加了同步故稳定流抽水试验稳定流抽水试验不宜少于次下降其理由是可以获得孔的抽水试验特性曲线以便正确选择计算水有可能验证水文地质参数的计算是否准确例如采用对可不作本条文没有采用通常的间的间隔内不超过某一数值因为抽水试验中时常遇到由孔达到稳定延续但在补给条件较差的地区应特别注意是否达到了稳定必要时应延长稳定延非稳定流抽水试验事实上量而选用相适应的抽水试验技术要求公式瞬时现象由于含水层的释放总存在考虑到便观测数据在稳定流抽水试验抽水试验开采性抽水试验勘察实践表明且往往需要经历相当长的非稳定期所以理应放在非稳定流抽水试验节一般都是所以分析和应用试验资料时均着重与非但有时在有而定一款的规定开采性抽水试验由于这类地区评价地下水资源比较困难用一般除特殊情况需在地下水动态观测一般来说本规范考虑了采用数值法计算和评价证对计算区各分区参数的控制按时进行地下水动态的观测并取得有关资料对于正确如自然条件变化大时和变化小时不一样因此本条文规定的期观测条水文地质参数计算一般规定水文地质参数是计算和评价地下水资源必不可少的数为了准确地求得参数不仅应对抽水试验的技术要求作出规定往这说明对计鉴于目前对参数计算的经验总结和科研作得还不够加之自所因此本规范只如承压以及非稳定流的越流公式基岩裂隙含水层和岩溶含水层的参数计算方本规范所列的潜水井计算公式的渗透系数利用稳定流抽水试验资料计算渗但实际应用的结果问出现这些问题的原因及抽水试验时都本选用范公式试验孔损较大若要计算单孔计算为此本条文采用截距法和插值法多项式所谓孔损系指由于孔壁与滤水管的阻力以及地下水自孔周含水层的水平运动转化为滤水管内的垂直运动而产生孔壁内外项式表示式中而一次项系数可用下式表达由此可知当求得以四组抽水试验资料表均差表表中则求得待定系数以取代相应公式中的多项式的阶数一般只要阶即能准确地描述水段落在图上取等当线时可采用作图截距法求待定系数图关系曲线示意图应做一次小下降的抽水以使关另外作图截距法的应用条件是抽水试验资料的曲线关系应为抛物当的高次方项且曲线的截距的多项式是为描述抽本规范列出的两个非完整井公式由我国利用带观测孔的单孔稳定流抽水试验资料计算值的规范推荐的公式是常用的裘布依蒂姆公式应成直线关系只有利用因为靠近抽水孔的观测孔由于边界的形状和性质的影响因此在采用本公式时要求观测孔内的图抽水试验获得的关系曲线可能不出现理想的直线段这时选择的计算数据具有一但是自然界完全符合当采用配线法时不应少于本规范列举了汉度士的拐点计算公式无界含水层中任按照关系曲线上拐点的特性可知式中关系曲线上拐点处的水位下降值使用该方法的要点是则有各种模型的公图由于采用非稳定流公式计算非完整型时采用恢复水位资料计算由于水位没有波动等干扰在选用根据动水位已稳故本次修订时图求可采用下列公式当为填砾过滤器时时上述公式可简化为下式当为基岩裸孔不下入滤水管时一般均直接采用式中的求取分述如下注此式仅适用于塑料管材其他材质情况下的值则应另选算式一般可取式中取舍度根据也可根据实际经验值直接估算或用迭代法试算求给水度和释水系数实验室法需要的原状土样难于采取烦败的总之影响半径但由于裘布依公此外在没有观测孔的情况下可以断言随着非稳定流抽水试验和数值法在地下水资源计算和评价中的推广和应用影响半径在实际降水入渗系数地下水均衡场可以直接观测降水入渗量其观测数据比较精确可靠水文地质勘察工作中应充分利用这些可根据水本条款列举的计算公式是根据降水入渗系数结合平原区地下水运动的特点得出的此外还应注意下列几点不考虑毛细水对值的影响应分区分段没有地下水水量评价一般规定此分类方法突出了补给径流是补给的运动形勘察区地下水水量的评价是多因素综合评所以并论证其动用后的可恢复竟能动用多少汲取超过年补例如截流法等水文分析方法时计算和评价地下水允许开采量时其精度与计算时段的选择有着在水量计算的一般规定采用多年平均目前实际工作中大致有如下三种方法算时段年或这是在不考虑储存量或储存量小如以岩溶泉作或这是目此类河水补给量往往占允许开采量的所以合理确定河量的递减系数的序号为计算各项的经验频而补给量的确定水对地下水的补给作用故本次修订时将第五款的规定修改为其他途径渗入补给降水入渗补给量和地下径流补给量的计算公式都应尽量准确断面法亦涉及断面流量的根据地下水均衡原理范作了推荐且避免有储存量的计算储存量系指储存于含水层内的重量力水体积随时允许开采量的计算和确定原规范条文内容为定义性的解释现改为技术法规性的内容保持不变所以当能确定勘察区及其邻近地区地下水在应首先采用此法计算和评条文中的用词为当采用水均衡法时选择均衡区一是以水源地或取水地段作为均衡区二是将整个水文地质单元均衡要素项目同时应注意均衡要素在开采前后可能发生的变化均衡计算时段因素具体选择可参考本规范第在选用计算允许开采量的方法时应注点厚度不大使用这种方法的大致有两种情况一种是已系足时量时采用有关允许开采量响根据群孔抽水试虑由于一般的解析公式没有有两种可能的情况一种是含此时水源地的动水位始终不能稳定保持持续下降的趋势到丰水上述两种情况鉴于这种试验方法工故只适用于孔数不多当世纪地质计算软件的迅速开发数值法在地下水资源计算和评价中的应用已趋普遍水源地原规范仅对勘探试验工作应如何取得满历时十年之后许多单扩充为三款现将建模过程中应注意的两个问题强调如下一是关于水文地质条件的概化这是直接影响所建数值模型精度的关键所以应对勘察区水文地质条件作深入细致的了解合理概化使模型复杂化所以一般采即拟合校正反求参数的方法又由于识别和检验是仅对数值法的实际应用作了必要的较为具体的规定至于细节性的技术事项在实际工当勘察区邻近地区有开采水源地的长观资料时的允许开其精度直接取决于水文地质条件的相似程以个不这是对勘本条文对级允许开采量与级允其次是水文年以上的地下水动态观测资料并进行群孔抽水或开采性抽对于直接利用较大的泉水天然流量作为勘探阶段的允许开采量要求具有为直接由泉流量长期观测资料确定其开采量相当于第资料应具有譬年以上的流量观测资料其预报的流量误差一般在当勘察区范围较大时其不同地段水文地质条件的研究程度必须强调指出本条文对允许开采量精度的分级对水源地地下水水质评价有地关于生产用水的水质要求由于企业用水目所以地下水资源保护原规范本章有关条文中所涉及到的地下水人工补给不论为何目的而施始必须强调化害为利在已采水源地的邻近地段勘察新水源或扩大已有水源时立新水源或扩大已有避免形成袭夺同一补给量的格甚至成为人为污染地下水的捷径据此为了做好地下水资源的保护一项重要的基础工作是对尤其是水源地投产后进一步开展地下。

第三章地下水向完整井的稳定运动§3-1 概述一、水井的类型根据水井井径的大小和开凿方法，分为管井和筒井两类。

管井：直径通常小于0.5m，深度大，常用钻机开凿。

筒井：直径大于1m，深度浅，通常用人工开挖。

根据水井揭露的地下水类型，水井分为潜水井和承压水井两类。

根据揭露含水层的程度和进水条件不同，可分为完整井和不完整井两类。

完整井：水井贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器，并能全面进水的井。

不完整井：水井没有贯穿整个含水层，只有井底和含水层的部分厚度上能进水的井。

如图。

二、井附近的水位降深1. 水位降深水位降深：初始水头减去抽水t时间后的水头，也简称降深。

用s表示。

降落漏斗：抽水时，井中心降深最大，离井越远，降深越小，总体上形成的漏斗状水头下降区。

2. 抽水时，地下水能达到稳定运动的水文地质条件(1) 在有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩展到补给边界后，侧向补给量和抽水量平衡时，地下水向井的运动便可达到稳定状态。

(2) 在有垂向补给的无限含水层中，随着降落漏斗的扩大，垂向补给量不断增大。

当它增大到与抽水量相等时，将形成稳定的降落漏斗，地下水向井的运动也进入稳是状态。

(3) 在没有补给的无限含水层中，随着抽水时间的延长，水位降深的速率会越来越小，降落漏斗的扩展越来越慢，在短时间内观测不到明显的水位下降，这种情况称为似稳定状态，也称似稳定。

3. 井径和水井内外的水位降深一般抽水井有三种类型：未下过滤器、下过滤器和下过滤器并在过滤器外填砾。

如图。

(1) 未下过滤器的井：井的半径就是钻孔的半径，井壁和井中的水位降深一致。

(2) 下过滤器的井：井的直径为过滤器的直径，井内水位比井壁水位低。

井损：水流流经过滤器的水头损失和在井内部水向上运动至水泵吸水口时的水头损失统称为井损。

(3) 过滤器周围填砾的井：井周围的渗透性增大，水力坡度变小，所以降深变小。

但是，井损还存在。

这种条件下，井的半径应用有效井半径。